creo que lo que pasa es que al agregar la imagen se ejecuta el metodo onmouseout por que el cursor esta ahora sobre la imagen y como la imagen esta dentro del link al mover el cursor se vuelve a ejecutar el mouseover, no se esta muy loco.
hice unas pruebas y este código funciono
Código HTML:
<a id="link" href="index-es.html" title="Accede a la página" onmouseover="over()" >Acceder</a>
<script language="JavaScript" type="text/javascript">
<!--
function out() {
document.getElementById('link').innerHTML = 'Acceder'
document.getElementById('link').setAttribute('onmouseover', 'over()');
}
function over() {
document.getElementById('link').innerHTML = '<img id="imagen" src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9a/Flag_of_Spain.svg/750px-Flag_of_Spain.svg.png">' ;
document.getElementById('imagen').setAttribute('onmouseout', 'out()');
document.getElementById('link').setAttribute('onmouseover', '');
}
//-->
</script>
haber si es lo que quieres o alguien te de una mejor respuesta estoy aprendiendo javascript.